Análisis
dinámico comparativo del efecto de la técnica del movimiento del snatch sobre la articulación de la rodilla
Comparative dynamic
analysis of the effect of a wellperformed technique of the snatch on the
knee joint
Diana Yaquelín Barrero-Malagón1a, Laura Juliana Suárez-Collazos2b
1Dinámica, Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de los Andes, Colombia. Correo electrónico:
a dy.barrero10@uniandes.edu.co, b l.suarez165@uniandes.edu.co
Resumen
El snatch es un ejercicio recurrente en las nuevas tendencias deportivas implementadas en los últimos años, en el que se ha evidenciado un alto potencial de lesión en el sistema musculoesquelético del deportista, particularmente en los miembros inferiores, como consecuencia de la mala ejecución de la técnica del movimiento. El propósito de este estudio es realizar un análisis comparativo sobre el movimiento del snatch en practicantes de crossfit del mismo género, con diferentes niveles deportivos (principiante y avanzado), partiendo de parámetros de posición y fuerza para determinar las cargas dinámicas que soporta la articulación de la rodilla durante la ejecución de un ciclo completo. Se estudió la dinámica del snatch de dos mujeres, una profesional y una principiante, teniendo en cuenta el movimiento con barra y sin barra. Los resultados fueron obtenidos a partir de un análisis realizado con el método de captura de movimiento en 3D (motion capture), implementando el protocolo Helen Hayes. Se utilizaron cuatro cámaras OptiTrack Prime 13 a 100 Hz, con marcadores pasivos y plantillas de fuerza Moticon (Sensing Foot Dynamics) operando a 50 Hz. La información encontrada indica que existen diferencias en la técnica del movimiento entre las mujeres, de modo que se genera un incremento en las reacciones de fuerza de 6,11 % sobre la articulación de la rodilla de la mujer principiante con respecto a la profesional. La potencia generada en un ciclo de movimiento por la principiante es superior 171,81 % con respecto a la profesional, debido a las velocidades utilizadas durante la etapa de atrape, cuando se realiza el movimiento sin barra, y es 5,08 % superior en la principiante durante el segundo halón cuando se utiliza la barra.
Palabras clave: articulación de la rodilla; biomecánica; captura de movimiento; snatch.
Abstract
The Snatch is
part of the sport of weightlifting currently used in recreational strength
training workouts, and it has shown a high potential of musculoskeletal injury
risk of lower limbs due to poor executions of the exercise. The main purpose of
this study is to present a comparative dynamic analysis of motion on cross
fitters of the same gender but of different sport level (beginner and
professional), based on position and force data obtained from a capture motion
analysis using the “Helen Hayes” protocol. The dynamic reactions on the knee
joint of two women performing the Snatch with and without a weighted bar
are presented for the three phases of a well-performed technique. Subjects were
instrumented with “Moticon” force sensors (Sensing
Foot Dynamics) operating at 50 Hz; four cameras “OptiTrack
Prime 13” at 100 Hz with passive markers were used to provide the input
parameters of the dynamic analysis. Information found indicates that there is a
6.11% increase in the reaction forces supported by the knee joint of the
beginner compared to the one of the professional crossfitter.
However, power generation along the complete
Keywords: biomechanics; knee joint; snatch;
motion capture.
mn Masa de n parte del cuerpo [kg] ayn Aceleración en el eje y de n parte
[m/s] N1 Fuerza normal generada punta del pie [N] Wn Peso de n parte del cuerpo [N] Yn Fuerzas en el eje y de n parte del cuerpo
[N] CMn Centro de masa de n parte del cuerpo [m] Pyn Posición plano y de n parte del
cuerpo[m] Mc Masa del cuerpo [kg] Lp Longitud de la pantorrilla [m] Cp Circunferencia de la pantorrilla [m] At Anchura del tobillo [m] ht Altura del tobillo [m] Lf Longitud del pie [m] El crossfit
es una tendencia fitness de entrenamiento, utilizada por profesionales y
practicantes con fines recreativos, que busca mejorar el acondicionamiento
físico de las personas, con base en la ejecución de movimientos funcionales de
alta intensidad. Uno de los movimientos más utilizados es el snatch, que tiene como origen ejercicios que pertenecen
a la disciplina de levantamiento de pesas y se caracteriza por movimientos de
alta potencia. Se ha evidenciado un alto índice de lesión en la articulación de
la rodilla, debido a la mala implementación de la técnica del movimiento y a
las altas cargas cíclicas a las que está expuesto el deportista durante el
entrenamiento. Debido a la alta demanda de este ejercicio
se han realizado estudios sobre el análisis dinámico, particularmente de la
biomecánica del movimiento en atletas profesionales. Estos análisis utilizan
como base modelos dinámicos en forma de cadenas cinemáticas compuestas por cuerpos
rígidos, en este caso aplicado al tren inferior. Debido a la naturaleza del
movimiento, el estudio del snatch se realiza
sobre el plano sagital que permite simplificar a un modelo bidimensional.
La cadena cinemática está compuesta por dos
(2) eslabones rígidos que representan el pie y la pierna, respectivamente, con
mecanismos de unión tipo pin en cada una de las articulaciones, es decir, en el
tobillo y la rodilla. Para el estudio dinámico se toma como punto de referencia
global un centro de rotación sobre el eje perpendicular al plano sagital
ubicado en la punta del pie y los marcos de referencia locales en cada una de
las articulaciones (véase figura 1). Las ecuaciones cinéticas representativas de
este modelo para el pie son las siguientes: 2 Con estas ecuaciones se calcula la reacción
en la articulación de la rodilla: Para la estimación de la posición en cada
uno de los puntos de interés de la cadena cinemática, se utilizó el modelo de ubicación
de marcadores pasivos Helen Hayes. Este método se utiliza en la investigación
sobre marcha y consiste en 15 marcadores pasivos, ubicados estratégicamente
sobre el sujeto de prueba, para generar un modelo del tren inferior (véase
figura 2). Tal como lo exponen Valencia-Aguirre et al. [1], el análisis
de marcha es útil para determinar las reacciones sobre la articulación de la
rodilla, debido a la naturaleza de su movimiento, en un plano donde las fuerzas
que producen los grupos musculares aislados sobre la rodilla son
representativas. Con base en estos puntos se logra obtener la
cinemática del movimiento del tren inferior para su posterior procesamiento. El cálculo del centro de masa de cada uno
de los cuerpos se realiza a partir del estudio presentado por Chandler et al.
[2]. Este se utilizó para la estimación de la posición vertical del plano
sagital con ayuda del protocolo Helen Hayes: Por otro lado, para el cálculo de la masa
de cada miembro, Chandler et al. [2] plantean una comparación de formas
geométricas y un análisis estadístico a partir de las dimensiones
antropométricas del deportista (véase figura 3). Las ecuaciones para determinar la masa de
cada parte del cuerpo son las siguientes: El cálculo de la potencia se determina a
partir de la fuerza de la cadena cinemática representada por Y3, y
la velocidad vertical del punto 3, a través del tiempo (véase figura 1). De los artículos previos sobre el análisis
dinámico especializado en la biomecánica de movimientos de levantamiento de
pesas con atletas profesionales se pueden destacar los siguientes: 1) El
estudio realizado por Teodoru et al. [3],
titulado “Concentration Time in 53 kg Women’s Weightlifting Clean and Jerk Style,” en el cual
se presenta un estudio focalizado en mujeres practicantes de halterofilia desde
su implementación en los Juegos Olímpicos en el año 2000. En él se identificó
una relación entre personas del mismo género, que dio una idea de los
parámetros fundamentales para analizar este tipo de movimientos. Se pudo
concluir que el tiempo de concentración es inversamente proporcional al peso
levantado, por lo cual, entre más pesado, menor es el tiempo de preparación
comprendido en el rango de 26,24 [s] a 3,5 [s]. 2) Beltrán et al. [4]
presentan estudios realizados en Latinoamérica con atletas profesionales, en su
proyecto titulado “Biomechanical analysis
of weightlifting during the second pull
snatch done for an athlete Vargas state in the National
Youth Sports Games 2013.” Se pudo evidenciar un primer acercamiento a un
grupo latinoamericano de deportistas. De allí surgió una aproximación del grupo
de personas apto para desarrollar el estudio y realizar el análisis a través de
la metodología de captura de movimiento. 3) Gourgoulis et al. [5] presentan, en su
estudio “Comparative 3-Dimensional Kinematic Analysis
of the Snatch Technique in Elite Male and Female Greek
Weightlifters,” un análisis comparativo de la técnica
entre género del movimiento del snatch, con base
en los diferentes momentos del movimiento. Los datos más relevantes en la
investigación son el ángulo de la rodilla generado durante el movimiento, en el
que se establece un ángulo máximo de la rodilla de 139° ± 4,19° para hombres y
129° ± 11° para mujeres, y una velocidad lineal vertical máxima de 1,66 ± 0,06
m/s para hombres y 1,98 ± 0,09 m/s para mujeres. Sin embargo, no se cuenta con
artículos académicos referentes a estas técnicas en personas aficionadas.
El objetivo de este proyecto es presentar
un análisis comparativo del efecto de la técnica del movimiento del snatch sobre la articulación de la rodilla en
mujeres colombianas, con diferentes niveles de experiencia en la ejecución del
ejercicio, a través de la metodología de captura de movimiento en 3D. La
implementación de un protocolo de experimentación y un análisis de dinámica
directa e inversa son presentados. El objeto de estudio de este trabajo son
las reacciones sobre la articulación de la rodilla de dos deportistas mujeres
cuando realizan un ciclo completo del snatch
con una barra de 0,5 kg de peso (2,22 % referente a la barra olímpica y
considerada en este estudio como “barra sin peso”) y una barra olímpica de 22,5
kg. Las participantes se seleccionaron
considerando similitudes en su condición antropomórfica (altura y peso), con
diferentes niveles de experiencia en la ejecución del ejercicio (principiante y
profesional). Ambas mujeres son practicantes de crossfit,
en buen estado salud, sin historial de lesiones en las extremidades inferiores
o antecedentes quirúrgicos. La participante de nivel avanzado es una mujer de
24 años, 155 cm de altura y 55,66 ± 0,71 kg de peso, y la principiante es una
mujer de 21 años, 162 cm de altura y 55,49 ± 0,45 kg de peso. El estudio
se dividió en tres etapas: preprocesamiento,
ejecución y posprocesamiento. En la etapa de preprocesamiento se tomaron datos antropométricos de los
sujetos de prueba con una cinta métrica (resolución de 0,001 m) y un calibrador
Vernier (resolución 0,01 mm), y se pesaron con una balanza convencional
(resolución de 0,1 kg). Posteriormente, se ejecutaron las pruebas y se
recolectaron datos cinemáticos, por medio del uso de cuatro cámaras OptiTrack Prime 13 trianguladas, para evitar brillos sobre
la barra o sujetos de prueba, y obtener un modelo dinámico en 3D. Se utilizó un
conmutador de filtro de luz entre 800 nm (IR) / 700 nm (visible) necesaria para la captura de los marcadores
pasivos dados por el fabricante a 240 FPS (resolución de 0,01 s y 0,01 mm). Los
datos de cinética generados por el participante se midieron a través de
plantillas de fuerza Motion [6], las cuales tienen 13
sensores de presión que permiten realizar una medición de las fuerzas generadas
sobre la superficie del pie (se utilizó una resolución de 0,02 s y 0,01 N). Las
imágenes y los videos tomados durante la experimentación se tomaron con una
cámara profesional Cannon 3243243, para garantizar la
calidad de la ejecución de la prueba y coordinar los datos obtenidos con cada
uno de los equipos utilizados en un ciclo de movimiento. Una vez generadas las
pruebas, se realizó un procesamiento de datos por medio del software Moticon Science y se realizó un
análisis de dinámica directa e inversa. Se obtiene un muestreo de 14 pruebas por
persona referente al movimiento, y, en total, se recogen 28 pruebas de estudio.
Por otro lado, se cuenta con cinco medidas en el estudio antropométrico y la
obtención de masa del cuerpo. Con este muestreo se seleccionó la distribución
estadística t-Student ideal para un tamaño de
población pequeña (menor de 30 datos). Los datos se presentan con una
confiabilidad del 95 %. En primera instancia, se observa la
posición obtenida por la rodilla en el plano-y del eje sagital del
cuerpo, respecto a un marco de referencia global, durante el movimiento con y
sin el uso de la barra para cada uno de los sujetos de prueba. En esta se puede
observar la técnica realizada por la persona de estudio durante un ciclo (véase
figura 4). El ciclo se basa en la diferencia de técnica presentada en el
estudio de V. Gourgoulis [5], el cual divide el
movimiento en primer halón, segundo halón, atrape y ascenso. Asimismo, se observa la diferencia
entre la similitud del movimiento entre la extremidad derecha e izquierda y la
comparación entre las dos participantes. A continuación, se presentan los resultados
sin el uso de la barra olímpica de las dos personas. Se evidencia una diferencia significativa
en la forma de desarrollar el movimiento. Por un lado, como se muestra en la gráfica
1, la profesional presenta el primer halón entre el
0-20 % del movimiento, seguido del segundo halón
realizado entre el 20-32 %, con lo que llega a la máxima extensión de la
rodilla en este punto. Por otro lado, la principiante (véase gráfica 2) presenta
la etapa del primer y del segundo halón entre el 0-9
% del ciclo del movimiento. Esto se debe a la falta de experiencia en la
realización de la técnica, la cual no presenta una transición clara entre las
etapas de halón del movimiento. La profesional ejecuta la fase de ascenso
del movimiento entre el 65-100 %, del ciclo sin cambios significativos de
posición del punto de la rodilla, lo que constituye una técnica correcta del snatch, según el estudio de V. Gourgoulis
[4]. Sin embargo, este no es el caso con la persona principiante, pues presenta
una atrape entre el 32-65 % y realiza un salto, lo que genera un halón adicional entre el 65-72 % del ciclo e incrementa un
11,11 % la posición de la rodilla en el plano-y. Además, se evidencia la
generación de una nueva fase de atrape menos profunda (72-85 % del ciclo), que
causa un nuevo ascenso hasta la posición de extensión total de la rodilla
(85-100 %). A continuación, se presentan las gráficas
de fuerza sobre la articulación de la rodilla, obtenidas en el desarrollo del
ejercicio. Al realizar una comparación entre las
Gráfica 3 y 4, se evidencia una diferencia en la pierna dominante (es esta la pierna
que genera más fuerza), lo que significa que la profesional es más fuerte en la
pierna izquierda y la principiante en la derecha. Esto está directamente
relacionado con la estabilidad del tren inferior durante la ejecución del
movimiento, como consecuencia de un trabajo en la parte central del cuerpo y
centro de masa neto del deportista. Sin embargo, para el objetivo de este
estudio, esta información proyecta una relación entre el desbalance y las
cargas en el plano sagital sobre la articulación de la rodilla. Es decir, que,
para un mismo sujeto y, por ende, misma técnica, se pueden encontrar distintos
valores de fuerza en cada una de las rodillas. Por otro lado, se evidencia una diferencia
en la fuerza generada en el segundo halón del
movimiento. Al comparar la fuerza vertical máxima de la articulación de la
rodilla la profesional produce 266 N, durante el segundo halón
sin el uso de la barra, y 523,85 N, con el uso de la barra olímpica, mientras
que la persona principiante produce 377 N, durante el segundo halón sin el uso de la barra, y 564,81 N, con el uso de la
barra, de modo que se genera una diferencia de 41,73 % sin el uso de barra y de
6,11 % con barra, entre deportistas, respectivamente. Como se muestra en la
sección de “Posición y técnica”, la incorrecta realización del movimiento
produce un exceso de fuerza, ocasionado por un halón
adicional, que produce, a su vez, una fuerza significativa en el movimiento
que, si se realiza consecutivamente, puede llegar a generar lesiones
articulares. Con base en el estudio de G. Calhoon et
al. [5], la segunda lesión más recurrente producida por pesistas
profesionales se encuentra en la rodilla, lo que conduce al desarrollo del
síndrome de dolor patelofemoral en la articulación. Al comparar los resultados con el estudio
realizado por Chaparro D. et al. [6], se puede evidenciar que, para una
rodilla sana, a medida que el ángulo de flexión aumenta, también lo hace la
fuerza pico, lo que afecta, en términos generales, la biomecánica de la
rodilla, debido a los cambios estructurales del sistema. Los ángulos analizados
son comparables con los alcanzados durante la ejecución del movimiento del snatch, los cuales varían entre 10-115° durante las
etapas de atrape o squat. Así como lo exponen
los autores, a media que el ángulo de flexión aumenta, la presión de contacto
se incrementa, y genera una mayor carga sobre las articulaciones y los
meniscos, los cuales amortiguan las cargas dinámicas. Esto produce un desgaste
del sistema y aumenta la probabilidad de lesión por sobrecarga. R. Escamilla et al. [7] realizaron un estudio donde determinaron que la
lesión de rodilla es una de las más frecuentes en movimientos con ángulos de
incidencia representativos, como los squats,
debido a las fuerzas de cizalla y compresión del tibiofemoral
y a la fuerza de compresión patelofemoral. Así como
explican Waryasz et al. [8], la condición
anatómica de estabilización de la patela consiste en
una combinación de tendones de los cuádriceps, retináculos
lateral y medial, sin embargo, en un rango de 0-30° de flexión, la patela no está totalmente encajada en el canal patelar y se pueden generar lesiones, debido a
inestabilidades o alineaciones incorrectas durante la ejecución del movimiento.
Ahora, las fibras de colágeno que componen los meniscos son las encargadas de
transferir las fuerzas compresivas en esfuerzos radiales. Esta conversión de
fueras axiales a esfuerzos tensiles, a lo largo de
las fibras de colágeno, depende de los ángulos de incidencia y de las
magnitudes de las fuerzas a las que se somete la articulación [9]. Se
puede concluir, entonces, que la condición anatómica de la articulación se ve
afectada no solo por la magnitud de la fuerza, sino también por los ángulos de
incidencia durante las operaciones de carga. Si a esto se le agrega un factor
de fatiga, debido a las repeticiones de los movimientos y una mala ejecución de
la técnica, donde se evidencian fuerzas de cizalla, debido a rotaciones
transversales, se tiene como consecuencia una mayor predisposición a sufrir lesiones.
El análisis de potencia se normalizó
respecto al peso de cada participante [W/kg]. Los resultados se presentan a
continuación: Al realizar la comparación entre las dos
personas, sin el uso de barra (véase Gráfica 6), se evidencia que la
principiante produce una potencia máxima superior a la de la profesional, dado
que la diferencia entre ellas en este instante (zona de atrape) es de 3,25
W/kg. Ahora, con el uso de la barra olímpica, la
mayor potencia la produce la profesional, ya que aumenta la velocidad a la hora
de realizar el segundo halón. Al comparar la técnica
se puede ver que, sin el uso de la barra, la etapa en la que más se produce
potencia es la de atrape, mientras que con el aumento de peso la etapa cambia a
la del segundo halón. El análisis comparativo entre las mujeres
permite concluir que la mala ejecución de la técnica del movimiento incrementa
las cargas sobre la articulación de la rodilla en un 42 % cuando se utiliza la
barra sin peso y 8 % con la barra olímpica. Además, se evidencia un aumento de
la carga cuando se realiza el movimiento sin barra y con barra. Este aumento es
de 49 % para la profesional y de 33% para la principiante, respectivamente.
Esta diferencia radica, principalmente, en la ejecución de un tercer halón durante el ciclo de movimiento. Es evidente que la
principiante presenta un mayor desequilibrio cuando ejecuta el movimiento sin
peso, y esto genera una mayor diferencia comparada con la profesional. La potencia máxima desarrollada sin el uso
de la barra por la principiante a lo largo de un ciclo de movimiento es mayor:
63,21 % respecto a la profesional, debido a las aceleraciones durante las zonas
de transición. La ejecución del movimiento con barra y sin barra también afecta
los valores máximos de potencia en 8,91 % para la principiante y 68,61 % para
la profesional. En términos generales, los parámetros de fuerza y potencia
permiten evidenciar un mayor potencial de lesión en los deportistas cuando se
realiza el movimiento con una técnica inapropiada, pues periodos de transición
adicionales requieren fuerzas de compensación adicionales sobre la
articulación. A partir de la información presentada
anteriormente, se evidencia que la investigación presenta una variabilidad
significativa en la muestra de datos (genera una incertidumbre aproximada del
30 %), pues la inconsistencia humana al realizar el movimiento es recurrente e
independiente de la precisión de los instrumentos de medición. La variabilidad
de los resultados se puede mejorar aumentando el número de muestras con el
grupo experimental y realizando un análisis estadístico más profundo entre las
diferentes variables de correlación. Agradecimiento al Departamento de
Ingeniería Mecánica y de Ingeniería Biomédica de la Universidad de los Andes
por el apoyo prestado durante esta investigación. [1]
F. Valencia-Aguirre, C. Mejía-Echeverría y V. ErazoArteaga, “Desarrollo de una prótesis de rodilla para
amputaciones,” Rev. UIS Ing., vol. 16, n. 2, pp. 23-34, 2017. doi: 10.18273/revuin.v16n2-201700.
[2]
STS Systems, “Helen Hayes: Colocación
de Marcadores,” 2014. [3] C. L. Vaughan, B. L. Davis y J. C. O' Connor, Dynamics
of Human Gait. Cape Town, South Africa: [4] V. Gourgoulis, N. Aggeloussis, P. Antoniou, C. [5] G. Calhoon y A. Fry,
“Injury Rates and Profiles of [6] D. Chaparro, C.
Herrera, D. Villegas, “Tibiofemoral contact
properties for different flexion angles on injured ACL knee joint,” Rev. UIS
Ing., vol. 17, no. 2, pp. 283290, 2018. doi: 10.18273/revuin.v17n2-2018024.
[7] R. Escamilla, “Knee biomechanics of the dynamic
squat exercise,” Med Sci Sports Exerc., vol. 33, no. 1, pp. [8] G. Waryasz y A. Y.
McDermott, “Patellofemoral pain syndrome (PFPS): a systematic review of anatonmy and potential risk factors,” Dynamic Medicine,
vol. 7, no. 9,
[5] G. Calhoon y A. Fry,
«Injury Rates and Profiles of Elite Competitive Weighlifters,» University of
Memphis, Mephis, 1999. [6] D. Chaparro , C. Herrera y D. Villegas, «Tibiofemoral
contact properties for different flexion angles on,» Revista
UIS Ingeniería, Bucaramanga, 2018. [7] R. Escamilla, «Knee biomechanics of the dynamic
squat exercise,» Medicine and Science in Sport and
Exercise, Durham, 2001. [8] G. Waryasz y A. Y.
McDermott, «Patellofemoral pain syndrome (PFPS): a systematic review of anatonmy and potential risk factors,»
Dynamic Medicine, 2008. [9]
. Fox,
A. Bedi y S. A. Rodeo, «The Basic Science of man Knee
Menisci,» Sports Health, pp. 340-351,
Nomenclatura
Introducción
Metodología
1.1.
Enfoque experimental
1.2. Análisis estadístico
Discusión
de resultados
1.3. Posición y técnica
1.4. Fuerza
1.5. Potencia
Conclusiones
Agradecimientos
Referencias